S Tietoliikenneverkot

Transkriptio

1 Teknillinen korkeakoulu Teletekniikan laboratorio S-8.88 Tietoliikenneverkot Luento : Kytkentä ja reititys tietoliikenneverkoissa S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Miksi kytketään Suoraan yhteyteen perustuvat verkot asettavat rajoituksia sille, kuinka monta päätelaitetta voi olla kytkettynä verkkoon Pelkästään linkkien määrä rajoittaa hallittavuutta Päätelaitteet monimutkaistuvan linkkien lukumäärän kasvaessa S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

2 täisyys ongelmat Suoraan yhteyteen perustuvat verkot ovat maantieteellisesti rajallisia (pitkät linkit eivät kata aluetta niiden välillä). thernet-verkon pituutta rajoittaa paketin päästä päähän kulkuaika S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Välitys ja kytkeminen OSI-mallissa OSI-mallin mukaan tapahtumat, joissa yhdeltä linkiltä toiselle siirretään informaatiota tapahtuu kerroksella kolme (L) eli verkkokerroksella. STM- Kytkin verkko kerros STM- siirtoyhteys fyysinen siirtoyhteys fyysinen S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 4

3 L-välitin L-välitin on toistin Toistimessa regeneroidaan siirtotien signaali Päätarkoitus on luoda mahdollisuus etäisyyden kasvattamiseksi suoralla yhteydellä. simerkiksi:» Lähiverkoissa, ethernet-toistin» Kaukoverkoissa, SH-toistin L S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 5 L-välitin L-välitin on pakettikytkin L laitteet huolehtivat siirtoyhteystason verkottamisesta, eli ne toimivat paikallisilla osoitteilla. Usein loogisia osoitteita, joiden sarja muodostaa varsinaisen yhteyden verkon päästä päähän. Tyypillisiä laitteita ovat: Silta eli ethernet -kytkin (M osoitteet) TM -kytkin (VPI/VI osoitteet) SH -kytkentälaitteet S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

4 Osoitteistus ja OSI L L eli siirtoyhteyskerros käsittelee OSI-mallissa lokaalia kahden pisteen välistä informaatiota L osoitteet ovat siirtoyhteyskohtaisia eli lokaaleja osoitteita: TM - VPI/VI Kahden pisteen välillä oleva siirtoyhteys voi olla kiinteä tai jaettu thernet - M PH - aikaväli pakettipohjainen aikavälipohjainen Jotta jaetussa mediassa kulkeva informaatio voidaan ohjata oikealle päätelaitteelle tarvitaan osoitteistusta S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 7 L-välitin L-välitin on pakettikytkin L-laitteet tietävät verkon loogisen konfiguraation. Voi olla yksilöllistä Voi olla kokoomatietoa Verkkotason informaation saadaan käsin syöttämällä reititysprotokollilla Laitteet IP reititin (IP-osoitteet ja linkit) TM-kytkin (TM-osoitteet ja linkit [NSP]) S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 8

5 Osoitteet ja OSI L L eli verkkokerros käsittelee OSI mallinmukaisissa verkoissa koko verkon tasolla tapahtuvaa informaation siirtoa L yhteyden päätepisteiden välinen yhteys muodostuu ketjuna L:n loogisia yhteyksiä Jotta oikea ketju yhteyksiä voidaan muodostaa, täytyy olla verkon laajuinen osoitteistus L osoitteet ovat verkkoosoitteita TM - NSP osoite ( tavua) IP - IP-osoite (4 tavua) PSTN -.4 puhelinnumero S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 9 Terminologiaa Reititys (routing) on prosessi, jossa rakennetaan tietokanta kohdeosoitteen ja lähtöjohdon välille. Välitys (forwarding) on prosessi, jossa reititystietokannasta etsitään haluttua kohdeosoitetta vastaava lähtöjohto. Kytkentä (switching) on prosessi, jossa tulojohdolta kopioidaan informaatio lähtöjohdolle. Management Plane Management agent Routing Network layer ontrol Plane Routing agent Link layer Link layer Switching Network Physical layer layer Physical layer User Plane Network Link layer layer Link layer Forwarding Link layer Physical layer Physical Link layer Physical layer Physical layer S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

6 Pakettikytkin Useita tulo- ja lähtöjohtoja Tehtävät: Muodostaa reititystaulukko ja välittää reititys informaatiota. Suorittaa paketin välitys perustuen paketin osoitteeseen. Kytkeä paketti oikealle lähtöjohdolle Huolehtia eri johtojen sovituksesta (nopeus, protokolla jne) Line card Line card Line card Line card Network processor Switch fabric Line card Line card Line card Line card S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Perusteita Pakettikytkin muodostaa yhdistettyjäverkkoja liittämällä useita lähiverkkoja toisiinsa tähti topologialla. useita pakettikytkimiä toisiinsa??? topologialla S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

7 rilaiset pakettikytkentätavat Yhteydetön kytkentä ~ sanomanvälitys Yhteydellinen kytkentä ~ virtuaalikanavat Lähdereititys, itsereititys S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Levitys Yksinkertaisin tapa välittää informaatiota Perustuu informaation kopioimiseen jokaiselle lähtöjohdolle (paitsi sille mistä informaatio saapui). i vaadi reititystaulukkoa 5 Kytkin S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 4

8 Levitys Jokainen kytkin tietää vain verkon lokaalin topologian Vain naapuri kytkimet ja päätelaitteet Soveltuu verkkoihin, joiden Topologia muuttuu usein (mobiiliverkko) Johdot ovat epäluotettavia (sotilasverkot) Reititysinformaatio täytyy välittää kaikille kytkimille S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 5 Virityspuut Virityspuu levitys on menetelmä, jossa levitysmenetelmään perustuvaa välitystä optimoidaan poistamaan turhaa liikennettä poistamaan silmukoita verkosta S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

9 Virityspuu S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 7 Virityspuu Valitaan juuri (kytkin, jolla on pienin tunniste) lussa kaikki kytkimet kuvittelevat olevansa juuria ja kertovat olemassa olostaan kaikkialle pituudella nolla () Kaikki kytkimet päivittävät tietojaan sitä mukaan kun ne vastaanottavat tietoja muilta kytkimiltä Kytkin välittää tietoa eteenpäin vain johdolle, josta se on saanut pienimmän pituuden arvon juureen Stabiilissa tilanteessa verkossa etenee tasaisin väliajoin juuren lähettämiä ylläpitosanomia Kun verkko stabiloituu etenee verkossa tieto juuresta ja etäisyys juureen S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 8

10 Lähdereititys Jokainen päätelaite tietää verkon rakenteen ja jokaisen verkon kytkimen lähtöjohdon nimen S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 9 Lähdereititys dut Yksinkertainen verkon laitteille Haitat Osoitteen pituus riippuvainen verkon / yhteyden syvyydestä Verkon topologian selvittämien ja varastointi jokaiseen päätelaitteeseen on kallista riallaisia näkemyksiä siitä mitä otsikossa tulee olla ja miten sitä tulee käsitellä S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

11 Virtuaalipiirikytkentä Yhteyden alussa muodostetaan virtuaalinen yhteys läpi verkon 7 Tulojohto Osoite Lähtöjohto Osoite S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Virtuaalipiirikytkentä tuja Osoite kiinteän mittainen ja pienempi Välitys mahdollista toteuttaa raudalla Haittoja Yhteyden pystyttäminen vaatii RTT:n mittaista aikaa ennen kuin varsinainen datan siirto voi alkaa Jos jokin verkon komponenteista vioittuu (virhetila), joudutaan yhteys pystyttämään uudestaan S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

12 Sanomakytkentä Jokainen paketti välitetään erikseen verkon läpi Kohdeososoite Lähtöjohto S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Sanomanvälitys dut i viivettä yhteyden pystyttämisen ja informaation siirron välillä Haitat Jokainen paketti käsitellään omana tietoyksikkönään Pitemmät osoitteet (globaali osoite) Päätelaite ei tiedä verkon tilaa lähettäessään dataa verkkoon S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 4

13 Reititys Tehtävä muodostaa reititystaulukko tai päivittää olemassa olevaa taulukkoa Haetaan halvinta (lyhintä) polkua kahden päätelaitteen / verkon välillä lgoritmit perustuvat graafiteoriaan S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 5 Lyhimmän polun algoritmit Kaikki lyhimmän polun algoritmit perustuvat siihen että lyhin polku on rekursiivisesti määriteltävissä. d min( d d ) ij k ik kj k j S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma

14 ellman-ford algoritmi on. lustetaan: Jos i=j silloin [i,j] =, muuten [i,j] = inf. lustetaan H[i,j] = -.. l ja kohteille k aseta i = L[l].s, j = L[l].d ja laske d = L[l].m + [j,k]. Jos d < [i,k], aseta [i,k] = d; H[i,k] = l. 4. Jos edes yksi [i,k] muuttui, toista kohta, muutoin algoritmi päättyy S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 7 lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997 ellman-ford algoritmi on.... N H.... N : : N : : N Huom: Linkkivektori sisältää molemmat suunnat erikseen. luksi -matriisissa täyttyvät yhden linkin päässä olevien solmujen väliset etäisyydet S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 8 lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997

15 Miten käytännössä 4 5 Solmu muodostaa reititystaulun: :sta solmuun Linkki Kustannus S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 9 lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997 Miten käytännössä 4 5 :sta solmuun Linkki Kustannus - :sta solmuun Linkki Kustannus S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997

16 Miten käytännössä :sta Linkki Kustannus :sta Linkki Kustannus :sta Linkki Kustannus S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997 Miten käytännössä :sta Linkki Kustannus - 4 :sta Linkki Kustannus S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma lkuperäinen versio: Raimo Kantola :sta Linkki Kustannus

17 Miten käytännössä :sta Linkki Kustannus :sta Linkki Kustannus :sta Linkki Kustannus S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997,, ja muodostavat vielä vektorit, lähettävät ne mutta ne eivät enää aiheuta muutoksia. Linkin katkeaminen aiheuttaa päivityskierroksen :sta Linkki Kustannus - inf. inf. inf. :sta Linkki Kustannus - inf inf 4 xxxxxxxxx S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 4 lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997

18 Linkkitila Linkintilaan perustuvat reititys menetelmät ylläpitävät verkon topologiakarttaa. Topologiakartta perustuu ajatukseen, että jokainen kytkin tietää sen välittömän naapurin ja välisen johdon tilan jokainen kytkin kertoo naapurilleen oman käsityksensä naapureistaan ja niihin johtavista johdoista S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 5 Linkkitilakartta 4 5 Kustakin rivistä vastaa tietty solmu Mistä Mihin Linkki täisyys S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma lkuperäinen versio: Raimo Kantola 997

19 ijkstran algoritmi for i = to k set d d ij ij d end find ii i ja j naapureita l i ja j ei naapureita min( d ) for i = to k d min( d, d l ) ij ik ik ij jk S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 7 ij Kustannusfunktio dellä esitetyissä vaihtoehdoissa on kustannus eri johdoilla ollut (minimi kytkentä reititys) vakio (minimi kustannus reititys) Kustannusfunktio voi olla myös riippuvainen verkon tilasta ja erilaisten johtojen ominaisuuksista Verkon kuormituksen huomiointi Operaattorin huomiointi Johdon siirtoviiveen huomiointi Johdon kapasiteetin huomiointi QoS parametrien huomiointi S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 8

20 Kustannusfunktion dynamiikka Mikäli kustannusfunktion reagoi verkon viiveisiin ja kuormitukseen täytyy reagoinnin perustua keskiarvoistukseen hetkellinen muutos ei saa olla liian suuri (oskilointi) kuormitusta ei saa huomioida pienillä kuormitusasteilla S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 9 räs tapa tehdä kustannusfunktio 4 9,kbps sat 9,kbps maa 5kbps sat 5kbps maa S-8.88 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 4